Схемотехника электронных устройств: Методические указания к выполнению лабораторных работ, страница 14

В момент t₂U_x=U_n, и схема сравнения по входу “R” опрокинет триггер в первоначальное состояние “0”, при этом вентиль запирается и прекращается поступление импульсов с кварцевого генератора на вход счетчика. Длительность временного интервала T_uпропорционально преобразуемому напряжению U_x. Следовательно, и цифровой код на выходе счетчика пропорционален входной величине.

Интегрирующие АЦП отличаются низким быстродействием. Погрешность преобразования таких АЦП зависит от постоянной времени интегратора RC. В широком интервале температур постоянная времени изменяется, следовательно, изменяется наклон пилообразного напряжения, интервал времени T_u и появляется значительная погрешность.

Для повышения точности преобразования используют метод двойного интегрирования.

Метод двойного интегрирования заключается в том, что в начале интегрируется входное (преобразуемое) напряжение U_x, а затем опорное, противоположное ему по знаку напряжение U_o. Блок-схема АЦП двойного интегрирования и временная диаграмма его работы приведены на рис. 3 и 4.

Рис. 3. Блок-схема АЦП двойного интегрирования

Рис. 4. Временная диаграмма работы АЦП двойного интегрирования

Напряжение на выходе интегратора U_{вых.инт} в интервале времени t₀-t₁ определяется выражением

В момент времени t₁ срабатывает ключ SA1 и на вход интегратора подключается опорное напряжение U_o.

Отличительной особенностью АЦП двойного интегрирования является то, что тактовая частота и постоянная интегрирования t=RC не влияет на результат. Частоту тактового генератора выбирают кратной частоте сетевого напряжения. В этом случае подавляются все сетевые помехи.

Так как в АЦП двойного интегрирования постоянная времени t=RC и тактовая частота не влияют на результат, то погрешность определяется в основном стабильностью опорного напряжения и смещением “нуля” интегратора и схемы сравнения (операционные усилители имеют U_см¹0).

Таким образом, АЦП двойного интегрирования обеспечивают высокую точность преобразования, хорошее подавление помех и устойчивую работу в широком интервале температур; широко применяются в измерительной технике. Недостатком является низкое быстродействие.

Наша промышленность выпускает АЦП двойного интегрирования в виде микросхем К572ПВ2, К572ПВ5. Они отличаются в основном индикаторами.

Микросхема К572ПВ2 совместно с источником опорного напряжения U_o, несколькими резисторами и конденсаторами выполняет роль АЦП двойного интегрирования с автоматической коррекцией нуля ОУ и определением полярности входного сигнала.

 

Рис. 5. Интегральная схема К572ПВ2

               Упрощенная схема К572ПВ2 приведена на рис. 5.

               t= CинтRинт – постоянная времени интегрирования,

               Cay – емкость памяти схемы автоматической установки нулей     ОУ,

               Con – емкость источника опорного напряжения,

Rr, Cr – элементы генератора тактовых импульсов.

               Выходная информация, представленная в 3,5 декадном цифровом двоичном коде, поступает непосредственно на цифровое табло с 7-и сегментными индикаторами.

               Диапазон входного сигнала U_вх определяется значением внешнего опорного напряжения и соотношением U_вх=1,999U_on.

Основные технические параметры микросхемы:

• число десятичных разрядов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,5,
• ток потребления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,8мА,
• коэффициент ослабления синфазного сигнала . . . . . . . . .100,
• напряжение питания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . U1=+5В, U2=-5В,
• входное сопротивление. . . . . . . . . . .  . . . . . не менее 50Мом.

Цикл измерений состоит из трех фаз (рис. 6): интегрирование U_вх (Ф1), интегрирование U_oп (Ф2) и автоматическая коррекция          нуля(Ф3).

               Полный цикл измерений составляет 16000 тактов тактового генератора.

               Первая фаза выполняется за 4000 T_TИ, вторая за 0¸8000 T_TИ,

                    третья (12000…4000) T_TИ.

 

Рис. 6. Временная диаграмма работы ИС

Время преобразования ЦАП зависит от Т_ТИ и составляет 2 – 9 преобразований в секунду.

2.  ЦЕЛЬ РАБОТЫ